冀東濱海鹽堿地機采模式下播期對棉花產(chǎn)量和品質形成的影響

馮國藝，王樹林，祁虹，張謙，雷曉鵬，王燕，梁青龍，林永增

（河北省農(nóng)林科學院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，石家莊050051）

我國是世界植棉大國，隨著社會發(fā)展和人民生活水平提高，棉花種植用工多、品質一致性差、效益低的問題日益凸顯，成為影響我國棉花產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展和原棉國際競爭力提高的重要障礙之一[1-2]。我國也是人口大國，糧棉爭地矛盾突出，棉花具有較強抗逆耐鹽堿性，在鹽堿地進行輕簡化植棉有利于緩解糧棉爭地的矛盾；我國濱海鹽堿耕地面積廣闊，交通便利，具有較大的種植開拓潛力。因此在濱海鹽堿地開展機采模式下提高棉花產(chǎn)量和纖維品質的栽培調控研究對我國棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植布局具有重要意義。播期作為一種重要的栽培調控手段，通過改變棉花生育期內光溫條件影響棉花性狀和棉鈴發(fā)育[3-5]，進而改變棉花產(chǎn)量和纖維品質[6-7]。棉花具有無限生長習性，其適宜播種期也較寬泛[8]。僅黃河流域棉區(qū)直播的適宜期為4月中、下旬[9]，也有在4月上旬[10]和5月上旬播種[11]取得較好產(chǎn)量和品質的研究報道和實踐。有研究表明播期推遲植株個體生長受限，促進營養(yǎng)生長但降低了光合產(chǎn)物向生殖器官的分配比例導致減產(chǎn)[8,12]；也有研究認為適當推遲播期，可以協(xié)調營養(yǎng)與生殖生長、延緩衰老，有增產(chǎn)效果[13]。不同播期調節(jié)棉株處于不同的生態(tài)條件和生理發(fā)育狀況，必然影響纖維的發(fā)育，以往開展了生態(tài)因子和栽培措施對纖維品質影響的研究[12,14-17]，但關于其對纖維品質一致性的影響較少。濱海鹽堿地棉花吐絮期較長，不同部位棉鈴纖維品質存在明顯差異；現(xiàn)有機采催熟脫葉集中收獲嚴重影響棉花纖維品質一致性，而且其后續(xù)加工有損棉花纖維品質。因此探討機采模式下通過調整播期和有限次數(shù)的分期收獲有助于提高產(chǎn)量和棉花纖維收獲品質的一致性，對促進濱海鹽堿地植棉技術輕簡化和植棉效益具有重要理論意義。本研究通過對不同播期下2種類型棉花品種分次收獲并測定相應批次的產(chǎn)量和纖維品質，以期確定濱海鹽堿地機采模式下實現(xiàn)產(chǎn)量和品質一致性提高的合理播期和收獲策略。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

試驗于2017年在河北省國營海興農(nóng)場（38°21′N，117°31′E）進行。 前茬作物為棉花，為一年一熟制，棉田土質為中壤土，有機質含量9.9 g·kg－1，全氮 0.8 g·kg－1，堿解氮 35.4 mg·kg－1，速效磷 11.7 mg·kg－1，速效鉀 203.9 mg·kg－1。 4 月 10日測定0～20 cm耕層含鹽量：0～10 cm為2.65 g·kg－1，10～20 cm 為 1.78 g·kg－1。 在開溝器犁出的10 cm左右深的窄溝中播種。留苗密度8.7萬株·hm－2。 播種時施入尿素 450 kg·hm－2，過磷酸鈣 750 kg·hm－2。采用寬膜覆蓋栽培，1 膜 2 行，行距為80 cm，先點播后鋪膜。

試驗采用播期和品種2因素試驗，播期設置4 月 15日（B1）、4月 25 日（B2）、5月 5 日（B3）三個水平，每個播期分9月10日、9月20日、9月30日、10月10日、10月20日、10月 30日 6個時期進行收獲。選用品種為冀雜2號和石抗126，其中冀雜2號為抗蟲雜交棉，區(qū)域試驗中生育期為122 d；石抗126為抗蟲常規(guī)棉，生育期為124 d，每個處理3次重復，7月20日打頂。其他田間管理同大田生產(chǎn)。

1.2 測試項目及方法

1.2.1產(chǎn)量和品質分期測定。每個小區(qū)收獲3行，每行取中間6 m，分期實收測產(chǎn)。每次收獲測產(chǎn)混勻后鋸齒軋花，并稱重測定衣分。棉花纖維品質由河北省出入境檢驗檢疫局測定，基于HVICC標準測定馬克隆值、上半部平均長度和長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度和斷裂伸長率以及紡紗均勻性指數(shù)和短纖維率。

1.2.2小區(qū)產(chǎn)量及構成因子測定。每小區(qū)吐絮后除保護行和分期收獲行外，收獲前每行選代表性植株5株，共計40株，調查單株成鈴數(shù)，并風干測定平均鈴重；每行取10個中部內圍鈴軋花后測定衣分。記錄小區(qū)實收籽棉產(chǎn)量，并據(jù)其與衣分計算皮棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 11.0進行統(tǒng)計分析，用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結果與分析

2.1 播期對不同品種產(chǎn)量及其構成因子的影響

研究表明（表1），冀雜2號在播期B3時皮棉產(chǎn)量最高，接近 1 400 kg·hm－2水平，B1、B2 產(chǎn)量差異不明顯，且均低于石抗126。石抗126在B2時皮棉產(chǎn)量最高，接近1 300 kg·hm－2水平。對產(chǎn)量構成因子進一步分析表明，石抗126單株鈴數(shù)較高，冀雜2號鈴重較高。冀雜2號在B3時單株鈴數(shù)最高，鈴重和衣分與B2最高值無明顯差異；B1較低的鈴重和衣分導致產(chǎn)量明顯下降；石抗126隨播期推遲，單株鈴數(shù)增加，鈴重減小，B2與B3單株鈴數(shù)差異不明顯，但鈴重和衣分較高，是其產(chǎn)量較高的原因，而單株鈴數(shù)是限制B1產(chǎn)量的主要因素。

表1 不同播期各品種產(chǎn)量及構成因子Table 1 Yield and yield components of two cotton cultivars under each sowing date

2.2 播期對不同品種籽棉產(chǎn)量形成的影響

研究表明（圖1），不同播期下各品種產(chǎn)量主要形成在9月；隨播期推遲，產(chǎn)量減少，且隨收獲日期推遲單次收獲產(chǎn)量比例減少，9月后2次（9月20日和9月30日）收獲產(chǎn)量的比例總和增加；10月產(chǎn)量收獲比例增加，且隨收獲日期推遲單次收獲產(chǎn)量比例增加。在9月，B1、B2和B3處理冀雜2號產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例依次為91.1%、90.8%和86.1%，其中前2次 （9月10日和9月20日）比例總和依次為80.8%、77.2%和69.5%；石抗126為93.7%、88.4%和75.7%，其中前2次（9月 10日和 9月 20日）比例總和依次為87.7%、78.2%和60.1%。

圖1 不同播期各品種不同收獲日期籽棉產(chǎn)量比例Fig.1 Percentage of two cotton cultivars'Seed yield in different harvest date under each sowing date

2.3 播期對不同品種皮棉產(chǎn)量形成的影響

研究表明（圖 2），除B1石抗126的衣分不斷下降外，B1、B2和B3處理各品種衣分隨收獲日期推遲先升高（在9月20日達到峰值），之后開始降低，9月明顯高于10月。冀雜2號衣分隨播期推遲而增高，其中10月B2和B3差異不大；石抗126 B2衣分最高，B1高于B3，但10月差異不大。冀雜2號9月B3衣分較B1高2.4%～7.5%，較B2高0.5%～3.1%；10月B2和B3衣分較B1高2.1%～2.6%。石抗126在9月B2的衣分較B1高 1.3%～3.4%；較 B3高 2.6%～11.1%；10月 B1和 B3的衣分較 B2低2.0%～4.4%。

圖2 不同播期各品種不同收獲日期衣分情況Fig.2 Lint percent of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

2.4 播期對不同品種棉纖維品質的影響

研究表明（表2），隨播期推遲，同一收獲日期棉纖維馬克隆值降低，上半部平均長度和長度整齊度指數(shù)增大，石抗126的B2和B3數(shù)值差異較??；9月各指標平均值優(yōu)于10月平均值。與其他播期相比，B3處理冀雜2號前3次（9月10、20、30日）收獲的棉纖維馬克隆值、上半部平均長度和長度整齊度指數(shù)差異較?。籅1、B2和B3處理前 3次（9月 10、20、30日）收獲平均值較后 3次（10月10、20、30日）收獲平均值馬克隆值依次低3.2%、6.5%和13.9%，上半部平均長度高1.5%、3.6%和4.1%，長度整齊度指數(shù)高0.9%、1.3%和1.3%。B2處理石抗126前2次（9月10和20日）的棉纖維馬克隆值、上半部平均長度和長度整齊度指數(shù)無明顯差異；B1、B2和B3處理前2次（9月10和20日）收獲平均值較后4次（9月30日和10月10、20、30日）收獲平均值馬克隆值依次低6.5%、7.3%和6.2%，上半部平均長度高2.7%、9.5%和6.8%，長度整齊度指數(shù)高－0.7%、11.0%和0.5%。

研究表明（圖3），不同品種棉纖維斷裂比強度和斷裂伸長率隨播期和收獲日期不同差異顯著，9月各指標平均值優(yōu)于10月平均值。冀雜2號的纖維斷裂比強度和斷裂伸長率隨播期推遲增大，各播期隨收獲日期推遲而減小。石抗126則表現(xiàn)為 B2較高，B1較低；B1、B2、B3處理收獲平均值前3次 （9月10、20、30日） 較后3次（10月10、20、30日）纖維斷裂比強度依次高4.6%、5.0%和4.3%，斷裂伸長率高8.5%、5.6%和7.9%，前2次（9月10、20日）較后4次（9月30日和10月10、20、30日）纖維斷裂比強度分別高4.8%、6.5%和6.2%，斷裂伸長率分別高1.6%、0.8%和1.8%。

2.5 播期對不同品種棉纖維紡紗均勻性指數(shù)和短纖維率的影響

研究表明（圖4），不同品種棉纖維紡紗均勻性指數(shù)和短纖維率隨播期和收獲日期不同差異顯著，各指標平均值9月優(yōu)于10月。9月收獲的冀雜2號隨播期推遲紡紗均勻性指數(shù)增大，短纖維率減小。石抗126紡紗均勻性指數(shù)表現(xiàn)為B2最高，B1較低；短纖維率表現(xiàn)為B2最低，B1較高。冀雜2號前3次（9月10、20、30日）收獲平均值較后3次（10月10、20、30日）的紡紗均勻性指數(shù)高4.8%～9.9%，短纖維率低7.5%～11.7%；前2次 （9月10、20日）紡紗均勻性指數(shù)較后4次（9月 30日和 10月 10、20、30日） 高 6.7%～14.9%，短纖維率低6.0%～11.0%；依次各播期石抗126收獲平均值前3次（9月 10、20、30日）較后 3次（10月10、20、30日）紡紗均勻性指數(shù)高 6.6%、14.3%和 10.6%，短纖維率低 6.6%、9.5%和13.1%；前 2次（9月 10、20日）較后 4次（9月 30日和 10月 10、20、30日）紡紗均勻性指數(shù)高11.0%、12.3%和 10.2%，短纖維率低 10.4%、10.9%和14.8%。

表2 不同播期各品種不同收獲期纖維品質情況Table 2 Fiber quality indexes of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

3 討論

3.1 不同播期對濱海鹽堿地棉花產(chǎn)量形成的影響

播期對產(chǎn)量形成具有顯著影響。許多研究表明，適當早播有利于營養(yǎng)體建成，能夠提高產(chǎn)量[12,18-19]。本研究表明，濱海鹽堿地適宜播期與品種特性有關，且不宜過早播種。冀東濱海鹽堿地春季干旱少雨，干旱和鹽堿脅迫不僅導致出苗效果差，而且嚴重阻礙棉花正常的生長發(fā)育，不利于營養(yǎng)體建成，無法實現(xiàn)通過延長生育期提高產(chǎn)量的效果，可見冀東濱海鹽堿地應適當推遲播期。但播期推遲程度因品種特性而異，有研究表明早發(fā)型和后發(fā)型品種播期有顯著差異[8]，本研究表明冀東濱海鹽堿地雜交棉和常規(guī)棉適宜播期差別也很明顯。播期推遲有助于緩解對棉花生長發(fā)育的鹽堿脅迫，但播期推遲會導致植株個體生長受限，或降低光合產(chǎn)物向棉鈴分配[8]；因此播期推遲是否影響生育前期的營養(yǎng)生長即“豐產(chǎn)架子”構建成為判斷適宜播期的關鍵。冀雜2號為雜交棉，具有顯著的雜種優(yōu)勢，生育前期生長勢強，營養(yǎng)生長旺盛，營養(yǎng)體建成完成較快，因此產(chǎn)量不會受植株個體影響，而且推遲播期有利于協(xié)調營養(yǎng)與生殖生長、延緩衰老，具有增產(chǎn)效果[13]；因此第3播期（5月5日）單株鈴數(shù)最高，而且鈴重和衣分無明顯下降，皮棉產(chǎn)量最高，接近1 400 kg·hm－2水平。石抗126為常規(guī)棉，早期營養(yǎng)生長速度較慢，播期過晚不利于構建“豐產(chǎn)架子”，光合生產(chǎn)能力受限，降低光合產(chǎn)物向棉鈴分配[8]，導致鈴重和衣分降低明顯，播期過遲導致各生育期出現(xiàn)時間推遲、生育期縮短，同時影響到棉株干物質累積和養(yǎng)分吸收與分配[20]。因此石抗126適宜播期為4月25日，接近1 300 kg·hm－2水平。

圖3 不同播期各品種不同收獲日期纖維斷裂比強度和斷裂伸長率Fig.3 Fiber breaking tenacity and breaking elongation of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

目前機采棉普遍采用的是催熟脫葉統(tǒng)一收獲，這種收獲方式雖然顯著降低了勞動強度，但是將不同發(fā)育狀況的棉纖維混在一起，對棉纖維品質一致性極為不利，而且催熟脫葉及后續(xù)棉纖維加工對棉花的品質具有顯著損傷，因此研究棉花分期收獲及適度化學催熟脫葉有助于提高棉花品質及其一致性。本研究表明，不同播期下各品種籽棉和皮棉主要形成在9月，均在75%以上，其中冀雜2號B3播期高達86.1%；石抗126則B3播期（5月5日）9月產(chǎn)量形成明顯較少，尤其是前2次（9月20日以前）更為明顯；石抗126在B1和B2播期9月20日以前的產(chǎn)量形成比例均在78%以上。結合產(chǎn)量情況，在非化學催熟條件下，冀雜2號適宜采用B3播期，并將9月的棉花集中收獲一次；石抗126適宜采用B2播期，并將9月20日以前的棉花集中收獲一次。

圖4 不同播期各品種不同收獲日期紡紗均勻性指數(shù)和短纖維率（＜12.7 mm）Fig.4 Spinning consistency index and short fiber content（＜12.7 mm）of two cotton cultivars in the different harvest date under each sowing date

3.2 不同播期對濱海鹽堿地棉花纖維品質形成的影響

棉纖維品質主要由遺傳因素決定，生態(tài)因子、栽培措施及收獲時的棉株生理年齡等也在很大程度上影響纖維品質[15,21-22]。不同播期不僅對棉花產(chǎn)量的影響存在差異[8,12-13,18-19]，而且不同播期調節(jié)棉株處于不同的生態(tài)條件和生理發(fā)育狀況，必然影響纖維的發(fā)育；因此對棉花品質各指標具有不同影響[23]，前人研究表明播期不當導致棉花不同部位品質差異擴大[14]。隨著播種期推遲，馬克隆值與長度整齊度指數(shù)先上升后降低，斷裂伸長率、斷裂比強度、上半部平均長度先降低后上升[24]。也有研究表明晚播顯著降低纖維長度整齊度指數(shù)，對上半部平均長度無顯著影響[16]。本研究表明，播期不僅與不同品種類型棉花纖維品質密切相關，而且對不同收獲時期的纖維品質差異影響也很明顯。隨播期推遲，冀雜2號纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度、斷裂伸長率和紡紗均勻性指數(shù)增大，馬克隆值和短纖維率降低，而石抗126表現(xiàn)為在B2播期纖維品質較優(yōu)。不同播期之間對不同收獲時期纖維品質分析表明，9月纖維品質明顯優(yōu)于10月。纖維斷裂比強度和馬克隆值是各部位達優(yōu)質棉的限制因素，一定程度的晚播有利于優(yōu)質棉纖維品質的形成[25]。本研究表明，冀雜2號B3播期9月收獲較10月收獲馬克隆值和短纖維率降低最明顯，纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)和紡紗均勻性指數(shù)增大最明顯，9月和10月分開收獲會使馬克隆值、上半部平均長度和長度整齊度指數(shù)差異減小；斷裂比強度和斷裂伸長率隨收獲日期推遲減小，但9月收獲的3次明顯較高，因此冀雜2號B3播期9月統(tǒng)一收獲對品質一致性較為有利。石抗126的情況較為復雜，但B2播期9月20日以前收獲較之后4次收獲棉纖維馬克隆值和短纖維率降低明顯，上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)和斷裂比強度增高顯著，且品質較為一致，后4次收獲品質指標差異較小，因此較宜將9月20日以前和之后的籽棉分開集中收獲。

冀東濱海鹽堿棉田條件下，不宜進行早播。雜交棉冀雜2號明顯的雜種優(yōu)勢有利于棉苗早發(fā)，推遲播期避免了春季干旱和長時間的鹽堿脅迫對棉花生長的影響，很大程度上提高了棉花產(chǎn)量；B3播期單株鈴數(shù)高，鈴重和衣分無明顯下降，皮棉產(chǎn)量接近1 400 kg·hm－2水平；春季嚴重干旱的情況下，也是高品質機采棉種植的一個重要品種選擇。常規(guī)棉石抗126則為B2播期產(chǎn)量水平最高，播期過遲會導致鈴重和衣分明顯降低。2個品種各播期9月產(chǎn)量均占75%以上，且品質優(yōu)于10月。纖維品質冀雜2號隨播期推遲提高，石抗126表現(xiàn)為4月25日播種較優(yōu)。冀雜2號B3播期9月和石抗126的B2播期9月20日之前收獲棉花品質指標優(yōu)異且一致性較強。

根據(jù)棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，棉花生產(chǎn)不僅要實現(xiàn)輕簡機械化，而且還要克服逆境脅迫實現(xiàn)產(chǎn)量和品質一致性雙提高。冀東濱海鹽堿地棉花種植條件受氣候影響較大，因此根據(jù)棉花生長發(fā)育特性，利用播期和分期收獲是在棉花輕簡機械化下提高棉花產(chǎn)量和品質一致性的有效途徑之一。分期收獲保證產(chǎn)量的主要部分棉花纖維品質較高一致性。4月下旬及5月初播種，9月下旬和10初冀東濱海鹽堿地棉花葉片脫落現(xiàn)象較少，因此大力推廣研發(fā)非催熟脫葉技術下棉花無雜質機械收獲是實現(xiàn)棉花品質無損一致性生產(chǎn)輕簡化的關鍵，是提高棉花纖維品質無損一致性急需進一步解決的技術瓶頸之一。

4 結論

冀東濱海鹽堿棉田條件下，雜交棉冀雜2號5月5日播種單株鈴數(shù)高，且鈴重和衣分無明顯下降，皮棉產(chǎn)量接近1 400 kg·hm－2水平；常規(guī)棉石抗126則為4月25日播種產(chǎn)量水平最高，播期過遲會導致鈴重和衣分降低明顯。兩品種產(chǎn)量主要在9月形成，各播期均在75%以上。纖維品質冀雜2號隨播期推遲而提高，石抗126表現(xiàn)為第2播期較優(yōu)；9月優(yōu)于10月。冀雜2號9月棉纖維馬克隆值、上半部平均長度和長度整齊度指數(shù)差異較??；石抗126第2播期9月20日之前收獲棉花品質指標優(yōu)化明顯且一致性較強。冀東濱海鹽堿地機采棉模式下雜交棉冀雜2號適宜5月5日左右播種，9月底收獲一次；常規(guī)棉石抗126則應在4月25日左右播種，9月下旬收獲一次。